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摘要：在研究微網(wǎng)基本特性的基礎(chǔ)上，構(gòu)建了基于CAN總線的電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用下垂特性控制策略來對微網(wǎng)系統(tǒng)的電流、電壓、頻率等參數(shù)進行有效地控制，并利用CAN總線形式搭建了基于數(shù)字傳感器的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)。實驗結(jié)果表明：該系統(tǒng)有助于提高微電網(wǎng)系統(tǒng)運行的經(jīng)濟性和可靠性，提高系統(tǒng)的效率。同時CAN總線技術(shù)的應(yīng)用還可以有效地提高數(shù)據(jù)采集精度、抗干擾能力以及遠距離傳輸?shù)膶崟r性和可靠性。
關(guān)鍵詞：微電網(wǎng)；能量管理；下垂特性；CAN協(xié)議
0引言
目前，電力系統(tǒng)的基本特點為集中發(fā)電、遠距離高壓輸電、分布式用電，而且隨著電網(wǎng)規(guī)模的不斷擴大，其結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性也日益增加，這種復(fù)雜性會引起諸如運行和調(diào)度困難、跟蹤負荷變化的靈活性差、可靠性和多樣化用電能力不足等弊端，而這些弊端易導(dǎo)致局部事故擴散化，形成嚴(yán)重的大面積停電，因此，為了提高電力系統(tǒng)的可靠性和安全性，分布式供電成為了近幾年來研究的*點。而另一方面，隨著不*再*性能源的日益緊張及對環(huán)境的影響，可持續(xù)發(fā)展綠色能源的開發(fā)利用也成了當(dāng)務(wù)之急，而這些能源都存在著發(fā)電狀態(tài)隨環(huán)境變化不夠穩(wěn)定等弊端，因此要接入公網(wǎng)也會面臨諸多問題，而分布式供電為這些能源的利用提供了良好的途徑。
分布式供電是相對于傳統(tǒng)集中式供電方式而言的，發(fā)電系統(tǒng)較小且以分散的方式布置在用戶附近的供電方式。微網(wǎng)就是其中主要的一種形式。微電網(wǎng)是各種微電源和分散負荷的組合，其中至少包含一個分布式電源及若干負荷，可作為一個整體系統(tǒng)來運行和控制[1]。微網(wǎng)的運行有兩種模式，并網(wǎng)模式和離網(wǎng)模式。并網(wǎng)模式是微電網(wǎng)與大電網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)運行的模式，可作為大電網(wǎng)的一個支路，而非主網(wǎng)。而離網(wǎng)模式是切斷與大電網(wǎng)的聯(lián)系，單獨運行的方式。
微電網(wǎng)技術(shù)是電力電子、分布式發(fā)電、可再生能源發(fā)電和儲能技術(shù)的綜合運用，為大規(guī)模應(yīng)用分布式電源提供了一種有效實用的方法。但是微電網(wǎng)的使用也會產(chǎn)生新的問題，如電網(wǎng)的匹配、孤島、能量管理問題等。本文針對微電網(wǎng)與傳統(tǒng)電網(wǎng)的不同，研究了其能量管理問題。
1能量管理系統(tǒng)功能設(shè)計
根據(jù)應(yīng)用的不同，微電網(wǎng)的基本結(jié)構(gòu)也不盡相同。但是，一般來說，基本都包含微電源、儲能、管理系統(tǒng)以及負荷四大部分。微電源一方面通過公共連接點(Pcc)與大電網(wǎng)相連接，另一方面采用逆變器和負荷相連。當(dāng)大電網(wǎng)工作狀態(tài)穩(wěn)定時，微電網(wǎng)負載可由大電網(wǎng)供電，微電網(wǎng)與大電網(wǎng)并網(wǎng)運行，而當(dāng)大電網(wǎng)供電中斷或運行狀態(tài)出現(xiàn)問題時，則隔離開關(guān)打開，切斷微電網(wǎng)與大電網(wǎng)的連接，微電網(wǎng)轉(zhuǎn)入孤島運行狀態(tài)。在微電網(wǎng)和大電網(wǎng)的接口處均配有斷路器，并輔之以具有功率和電壓控制功能的控制器，以實現(xiàn)能量的初步管理。每一個微電源具有包括有功、無功、電壓、頻率、孤島等能量調(diào)節(jié)管理的控制方式。
微電網(wǎng)的基本結(jié)構(gòu)如圖1所示，能量管理系統(tǒng)作為整個系統(tǒng)的管理中*，具有對各種參數(shù)(系統(tǒng)電壓、電流、有功、無功、頻率、功率因數(shù)等)的管理功能，對微電源、儲能裝置、負荷的控制功能等。
1．1數(shù)據(jù)管理功能
管理系統(tǒng)內(nèi)設(shè)數(shù)據(jù)庫，庫內(nèi)存放著各設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)運行數(shù)據(jù)、歷史運行數(shù)據(jù)、統(tǒng)計數(shù)據(jù)等，主要功能是記錄實時運行數(shù)據(jù)，并且利用相應(yīng)的功能軟件對實時運行數(shù)據(jù)的狀態(tài)進行統(tǒng)計和分析。
1．2微電網(wǎng)運行模式管理
微電網(wǎng)的運行模式分為并網(wǎng)和離網(wǎng)運行兩種情況，管理系統(tǒng)根據(jù)系統(tǒng)要求對這兩種運行模式進行有效的切換。當(dāng)微電網(wǎng)需要并網(wǎng)運行時，管理系統(tǒng)對大電網(wǎng)的運行參數(shù)進行分析，如果大電網(wǎng)運行狀態(tài)良好，管理系統(tǒng)就將微電網(wǎng)平滑地從離網(wǎng)運行狀態(tài)切換至并網(wǎng)運行狀態(tài)，而且管理系統(tǒng)開始實時地對微網(wǎng)和大電網(wǎng)的運行狀態(tài)進行監(jiān)檢和數(shù)據(jù)分析；當(dāng)管理系統(tǒng)監(jiān)測到大電網(wǎng)運行數(shù)據(jù)嚴(yán)重偏離標(biāo)準(zhǔn)值時，管理系統(tǒng)視故障的嚴(yán)重程度決策運行方式，或者對大電網(wǎng)的運行參數(shù)進行一定程度的調(diào)節(jié)后，依舊保持并網(wǎng)運行，或者切斷與主網(wǎng)的聯(lián)系，進入孤島運行；當(dāng)微電網(wǎng)需要進行孤島運行時，也由管理系統(tǒng)進行工作狀態(tài)的切換。以上各種切換都應(yīng)是平滑地?zé)o縫切換。
1．3對微電源的控制功能
利用管理系統(tǒng)對微電源的工作方式進行控制的依據(jù)是用電需求的變化，當(dāng)微電網(wǎng)內(nèi)的負荷需求較小時，能量管理系統(tǒng)調(diào)低微電源的輸出功率，以達到節(jié)能的目的，而當(dāng)負荷較大時，管理系統(tǒng)調(diào)高微電源的輸出功率，以滿足系統(tǒng)的要求。而當(dāng)管理系統(tǒng)中的檢測數(shù)據(jù)顯示蓄電池充滿時，管理系統(tǒng)關(guān)閉微電源，利用蓄電池放電給系統(tǒng)供電。
1．4儲能裝置的管理
蓄電池的工作狀態(tài)是微電網(wǎng)穩(wěn)定運行的基礎(chǔ)。管理系統(tǒng)內(nèi)嵌SOC算法模型，實現(xiàn)對蓄電池的充放電、電壓值、功率值的管理，并根據(jù)系統(tǒng)的需要，設(shè)置相應(yīng)的控制方式，從而完成蓄電池的有功功率、無功功率的調(diào)節(jié)。
1．5負荷管理
微電網(wǎng)的負荷是微電網(wǎng)的用電中*，決定著微電源出力的多少，管理系統(tǒng)的責(zé)任是保持微電源與負荷之間的平衡，以確保微電網(wǎng)在負荷發(fā)生變化時，系統(tǒng)能夠穩(wěn)定地運行。
2能量管理系統(tǒng)功率控制策略的確定
微電網(wǎng)中的微電源大致可以分為三類：一類是可再生性能源，主要有光伏發(fā)電、風(fēng)力電力、生物質(zhì)能發(fā)電等；一類是傳統(tǒng)發(fā)電模式，如柴油發(fā)電機、小水電等；另一類是新興的發(fā)電模式，如燃料電池、微型燃氣輪機等。這三類發(fā)電方式，都需要通過逆變器變換為工頻變流電，因此，基于電力電子技術(shù)的逆變器的工作狀態(tài)成為能量管理的關(guān)鍵。
逆變器作為微電網(wǎng)與大電網(wǎng)之間的接口，主要的功能就是控制輸出的有功功率和無功功率?？刂品椒ㄖ饕蠵Q控制法、下垂(Droop)控制等，控制策略分為主從型和對等型兩種方式。本設(shè)計采用的是對等型的Droop控制法。
在微電網(wǎng)中，各個分布式電源(DG)沒有主次、從屬關(guān)系，所有的微電源采取相同或不同的控制方法來參與有功或無功功率的調(diào)節(jié)，并以實際電網(wǎng)中各種實時監(jiān)測的電氣量為依據(jù)，進行系統(tǒng)電壓和頻率的協(xié)調(diào)。對等型控制框圖如圖2所示。
從圖2可知，對等控制中各個微電源相互獨立，在電壓和頻率等參數(shù)進行調(diào)節(jié)的過程中，只需進行自身輸出端電氣量的監(jiān)測，不用對其他微電源的運行狀態(tài)進行衡量，從而保證了系統(tǒng)的可靠性。
在本設(shè)計中，每一個微電源的逆變器采用Droop控制方法，基本策略是模仿傳統(tǒng)發(fā)動機的下垂特性，通過解耦有功功率．無功功率與電壓．頻率之間的關(guān)系進行系統(tǒng)電壓和頻率調(diào)節(jié)。該方法的優(yōu)點是在并網(wǎng)和離網(wǎng)兩種模式切換時無需改變控制方式，就可持微網(wǎng)電壓和頻率的穩(wěn)定，從而保證系統(tǒng)的有功負載進行合理的分配。
3 CAN總線結(jié)構(gòu)分析
在微電網(wǎng)中，電源的種類多，其中可持續(xù)性綠色電源占據(jù)一定的比重，但是這一類電源受環(huán)境影響大，工作狀態(tài)不夠穩(wěn)定，因此需要對微電網(wǎng)中的微電源進行有效地監(jiān)控，而且由于數(shù)據(jù)量大且實時性高，所以監(jiān)控系統(tǒng)的通信功能滿足系統(tǒng)的基本要求。
根據(jù)微電網(wǎng)的基本要求，本設(shè)計采用基于CAN總線的通信結(jié)構(gòu)，利用CAN總線來連接逆變器，而在通信結(jié)構(gòu)中，利用可編程邏輯器件CPLD完成DSP處理器TMS320F240與CAN控制器SJA1000之間的接口設(shè)計[2]。
通訊結(jié)構(gòu)圖如圖3所示，微電網(wǎng)的控制策略由DSP擔(dān)任電氣量的計算，計算結(jié)果通過CAN總線傳送至控制中*，控制中*根據(jù)相應(yīng)的計算結(jié)果將控制命令通過CAN總線傳送至下位機，從而實現(xiàn)對微電源的有效監(jiān)控。
Acrel-2000MG微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)，是我司根據(jù)新型電力系統(tǒng)下微電網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)與微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)的要求，總結(jié)國內(nèi)外的研究和生產(chǎn)的*進經(jīng)驗，專門研制出的企業(yè)微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)。本系統(tǒng)滿足光伏系統(tǒng)、風(fēng)力發(fā)電、儲能系統(tǒng)以及充電樁的接入，全*候進行數(shù)據(jù)采集分析，直接監(jiān)視光伏、風(fēng)能、儲能系統(tǒng)、充電樁運行狀態(tài)及健康狀況，是一個集監(jiān)控系統(tǒng)、能量管理為一體的管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)在安全穩(wěn)定的基礎(chǔ)上以經(jīng)濟優(yōu)化運行為目標(biāo)，提升可再生能源應(yīng)用，提高電網(wǎng)運行穩(wěn)定性、補償負荷波動；有效實現(xiàn)用戶側(cè)的需求管理、消除晝夜峰谷差、平滑負荷，提高電力設(shè)備運行效率、降低供電成本。為企業(yè)微電網(wǎng)能量管理提供安全、可靠、經(jīng)濟運行提供了全新的解決方案。
微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)應(yīng)采用分層分布式結(jié)構(gòu)，整個能量管理系統(tǒng)在物理上分為三個層：設(shè)備層、網(wǎng)絡(luò)通信層和站控層。站級通信網(wǎng)絡(luò)采用標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)及TCP/IP通信協(xié)議，物理媒介可以為光纖、網(wǎng)線、屏蔽雙絞線等。系統(tǒng)支持ModbusRTU、ModbusTCP、CDT、IEC60870-5-101、IEC60870-5-103、IEC60870-5-104、MQTT等通信規(guī)約。
本方案遵循的**標(biāo)準(zhǔn)有：
本技術(shù)規(guī)范書提供的設(shè)備應(yīng)滿足以下規(guī)定、法規(guī)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)：
GB/T26802.1-2011工業(yè)控制計算機系統(tǒng)通用規(guī)范*1部分：通用要求
GB/T26806.2-2011工業(yè)控制計算機系統(tǒng)工業(yè)控制計算機基本平臺*2部分：性能評定方法
GB/T26802.5-2011工業(yè)控制計算機系統(tǒng)通用規(guī)范*5部分：場地安全要求
GB/T26802.6-2011工業(yè)控制計算機系統(tǒng)通用規(guī)范*6部分：驗收大綱
GB/T2887-2011計算機場地通用規(guī)范
GB/T20270-2006信息安全技術(shù)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)安全技術(shù)要求
GB50174-2018電子信息系統(tǒng)機房設(shè)計規(guī)范
DL/T634.5101遠動設(shè)備及系統(tǒng)*5-101部分:傳輸規(guī)約基本遠動任務(wù)配套標(biāo)準(zhǔn)
DL/T634.5104遠動設(shè)備及系統(tǒng)*5-104部分:傳輸規(guī)約采用標(biāo)準(zhǔn)傳輸協(xié)議子集的IEC60870-5-網(wǎng)絡(luò)訪問101
GB/T33589-2017微電網(wǎng)接入電力系統(tǒng)技術(shù)規(guī)定
GB/T36274-2018微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范
GB/T51341-2018微電網(wǎng)工程設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)
GB/T36270-2018微電網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范
DL/T1864-2018型微電網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范
T/CEC182-2018微電網(wǎng)并網(wǎng)調(diào)度運行規(guī)范
T/CEC150-2018低壓微電網(wǎng)并網(wǎng)一體化裝置技術(shù)規(guī)范
T/CEC151-2018并網(wǎng)型交直流混合微電網(wǎng)運行與控制技術(shù)規(guī)范
T/CEC152-2018并網(wǎng)型微電網(wǎng)需求響應(yīng)技術(shù)要求
T/CEC153-2018并網(wǎng)型微電網(wǎng)負荷管理技術(shù)導(dǎo)則
T/CEC182-2018微電網(wǎng)并網(wǎng)調(diào)度運行規(guī)范
T/CEC5005-2018微電網(wǎng)工程設(shè)計規(guī)范
NB/T10148-2019微電網(wǎng)*1部分：微電網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計導(dǎo)則
NB/T10149-2019微電網(wǎng)*2部分：微電網(wǎng)運行導(dǎo)則
系統(tǒng)可應(yīng)用于城市、高速公路、工業(yè)園區(qū)、工商業(yè)區(qū)、居民區(qū)、智能建筑、海島、無電地區(qū)可再生能源系統(tǒng)監(jiān)控和能量管理需求。
5系統(tǒng)配置
本平臺采用分層分布式結(jié)構(gòu)進行設(shè)計，即站控層、網(wǎng)絡(luò)層和設(shè)備層，詳細拓撲結(jié)構(gòu)如下：
圖1典型微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)組網(wǎng)方式
6系統(tǒng)功能
微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)人機界面友好，應(yīng)能夠以系統(tǒng)一次電氣圖的形式直觀顯示各電氣回路的運行狀態(tài)，實時監(jiān)測各回路電壓、電流、功率、功率因數(shù)等電參數(shù)信息，動態(tài)監(jiān)視各回路斷路器、隔離開關(guān)等合、分閘狀態(tài)及有關(guān)故障、告警等信號。其中，各子系統(tǒng)回路電參量主要有：三相電流、三相電壓、總有功功率、總無功功率、總功率因數(shù)、頻率和正向有功電能累計值；狀態(tài)參數(shù)主要有：開關(guān)狀態(tài)、斷路器故障脫扣告警等。
系統(tǒng)應(yīng)可以對分布式電源、儲能系統(tǒng)進行發(fā)電管理，使管理人員實時掌握發(fā)電單元的出力信息、收益信息、儲能荷電狀態(tài)及發(fā)電單元與儲能單元運行功率設(shè)置等。
系統(tǒng)應(yīng)可以對儲能系統(tǒng)進行狀態(tài)管理，能夠根據(jù)儲能系統(tǒng)的荷電狀態(tài)進行及時告警，并支持定期的電池維護。
微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)的監(jiān)控系統(tǒng)界面包括系統(tǒng)主界面，包含微電網(wǎng)光伏、風(fēng)電、儲能、充電樁及總體負荷組成情況，包括收益信息、天氣信息、節(jié)能減排信息、功率信息、電量信息、電壓電流情況等。根據(jù)不同的需求，也可將充電，儲能及光伏系統(tǒng)信息進行顯示。
圖2系統(tǒng)主界面
子界面主要包括系統(tǒng)主接線圖、光伏信息、風(fēng)電信息、儲能信息、充電樁信息、通訊狀況及一些統(tǒng)計列表等。
圖3光伏系統(tǒng)界面
本界面用來展示對光伏系統(tǒng)信息，主要包括逆變器直流側(cè)、交流側(cè)運行狀態(tài)監(jiān)測及報警、逆變器及電站發(fā)電量統(tǒng)計及分析、并網(wǎng)柜電力監(jiān)測及發(fā)電量統(tǒng)計、電站發(fā)電量年有效利用小時數(shù)統(tǒng)計、發(fā)電收益統(tǒng)計、碳減排統(tǒng)計、輻照度/風(fēng)力/環(huán)境溫濕度監(jiān)測、發(fā)電功率模擬及效率分析；同時對系統(tǒng)的總功率、電壓電流及各個逆變器的運行數(shù)據(jù)進行展示。
圖4儲能系統(tǒng)界面
本界面主要用來展示本系統(tǒng)的儲能裝機容量、儲能當(dāng)前充放電量、收益、SOC變化曲線以及電量變化曲線。
本界面主要用來展示對PCS的參數(shù)進行設(shè)置，包括開關(guān)機、運行模式、功率設(shè)定以及電壓、電流的限值。
圖6儲能系統(tǒng)BMS參數(shù)設(shè)置界面
本界面用來展示對BMS的參數(shù)進行設(shè)置，主要包括電芯電壓、溫度保護限值、電池組電壓、電流、溫度限值等。
圖7儲能系統(tǒng)PCS電網(wǎng)側(cè)數(shù)據(jù)界面
本界面用來展示對PCS電網(wǎng)側(cè)數(shù)據(jù)，主要包括相電壓、電流、功率、頻率、功率因數(shù)等。
圖8儲能系統(tǒng)PCS交流側(cè)數(shù)據(jù)界面
本界面用來展示對PCS交流側(cè)數(shù)據(jù)，主要包括相電壓、電流、功率、頻率、功率因數(shù)、溫度值等。同時針對交流側(cè)的異常信息進行告警。
圖9儲能系統(tǒng)PCS直流側(cè)數(shù)據(jù)界面
本界面用來展示對PCS直流側(cè)數(shù)據(jù)，主要包括電壓、電流、功率、電量等。同時針對直流側(cè)的異常信息進行告警。
圖10儲能系統(tǒng)PCS狀態(tài)界面
本界面用來展示對PCS狀態(tài)信息，主要包括通訊狀態(tài)、運行狀態(tài)、STS運行狀態(tài)及STS故障告警等。
圖11儲能電池狀態(tài)界面
本界面用來展示對BMS狀態(tài)信息，主要包括儲能電池的運行狀態(tài)、系統(tǒng)信息、數(shù)據(jù)信息以及告警信息等，同時展示當(dāng)前儲能電池的SOC信息。
圖12儲能電池簇運行數(shù)據(jù)界面
本界面用來展示對電池簇信息，主要包括儲能各模組的電芯電壓與溫度，并展示當(dāng)前電芯的較大、較小電壓、溫度值及所對應(yīng)的位置。
圖13風(fēng)電系統(tǒng)界面
本界面用來展示對風(fēng)電系統(tǒng)信息，主要包括逆變控制一體機直流側(cè)、交流側(cè)運行狀態(tài)監(jiān)測及報警、逆變器及電站發(fā)電量統(tǒng)計及分析、電站發(fā)電量年有效利用小時數(shù)統(tǒng)計、發(fā)電收益統(tǒng)計、碳減排統(tǒng)計、風(fēng)速/風(fēng)力/環(huán)境溫濕度監(jiān)測、發(fā)電功率模擬及效率分析；同時對系統(tǒng)的總功率、電壓電流及各個逆變器的運行數(shù)據(jù)進行展示。
圖14充電樁界面
本界面用來展示對充電樁系統(tǒng)信息，主要包括充電樁用電總功率、交直流充電樁的功率、電量、電量費用，變化曲線、各個充電樁的運行數(shù)據(jù)等。
圖15微電網(wǎng)視頻監(jiān)控界面
本界面主要展示系統(tǒng)所接入的視頻畫面，且通過不同的配置，實現(xiàn)預(yù)覽、回放、管理與控制等。
系統(tǒng)應(yīng)可以通過歷史發(fā)電數(shù)據(jù)、實測數(shù)據(jù)、未來天氣預(yù)測數(shù)據(jù)，對分布式發(fā)電進行短期、超短期發(fā)電功率預(yù)測，并展示合格率及誤差分析。根據(jù)功率預(yù)測可進行人工輸入或者自動生成發(fā)電計劃，便于用戶對該系統(tǒng)新能源發(fā)電的集中管控。
系統(tǒng)應(yīng)可以根據(jù)發(fā)電數(shù)據(jù)、儲能系統(tǒng)容量、負荷需求及分時電價信息，進行系統(tǒng)運行模式的設(shè)置及不同控制策略配置。如削峰填谷、周期計劃、需量控制、有序充電、動態(tài)擴容等。
圖17策略配置界面
應(yīng)能查詢各子系統(tǒng)、回路或設(shè)備指*時間的運行參數(shù)，報表中顯示電參量信息應(yīng)包括：各相電流、三相電壓、總功率因數(shù)、總有功功率、總無功功率、正向有功電能等。
圖18運行報表
應(yīng)具有實時報警功能，系統(tǒng)能夠?qū)Ω髯酉到y(tǒng)中的逆變器、雙向變流器的啟動和關(guān)閉等遙信變位，及設(shè)備內(nèi)部的保護動作或事故跳閘時應(yīng)能發(fā)出告警，應(yīng)能實時顯示告警事件或跳閘事件，包括保護事件名稱、保護動作時刻；并應(yīng)能以彈窗、聲音、短信和電話等形式通知相關(guān)人員。
圖19實時告警
應(yīng)能夠?qū)b信變位，保護動作、事故跳閘，以及電壓、電流、功率、功率因數(shù)、電芯溫度（鋰離子電池）、壓力（液流電池）、光照、風(fēng)速、氣壓越限等事件記錄進行存儲和管理，方便用戶對系統(tǒng)事件和報警進行歷史追溯，查詢統(tǒng)計、事故分析。
圖20歷史事件查詢
應(yīng)可以對整個微電網(wǎng)系統(tǒng)的電能質(zhì)量包括穩(wěn)態(tài)狀態(tài)和暫態(tài)狀態(tài)進行持續(xù)監(jiān)測，使管理人員實時掌握供電系統(tǒng)電能質(zhì)量情況，以便及時發(fā)現(xiàn)和消除供電不穩(wěn)定因素。
1）在供電系統(tǒng)主界面上應(yīng)能實時顯示各電能質(zhì)量監(jiān)測點的監(jiān)測裝置通信狀態(tài)、各監(jiān)測點的A/B/C相電壓總畸變率、三相電壓不平衡度百*百和正序/負序/零序電壓值、三相電流不平衡度百*百和正序/負序/零序電流值；
2）諧波分析功能：系統(tǒng)應(yīng)能實時顯示A/B/C三相電壓總諧波畸變率、A/B/C三相電流總諧波畸變率、奇次諧波電壓總畸變率、奇次諧波電流總畸變率、偶次諧波電壓總畸變率、偶次諧波電流總畸變率；應(yīng)能以柱狀圖展示2-63次諧波電壓含有率、2-63次諧波電壓含有率、0.5～63.5次間諧波電壓含有率、0.5～63.5次間諧波電流含有率；
3）電壓波動與閃變：系統(tǒng)應(yīng)能顯示A/B/C三相電壓波動值、A/B/C三相電壓短閃變值、A/B/C三相電壓長閃變值；應(yīng)能提供A/B/C三相電壓波動曲線、短閃變曲線和長閃變曲線；應(yīng)能顯示電壓偏差與頻率偏差；
4）功率與電能計量：系統(tǒng)應(yīng)能顯示A/B/C三相有功功率、無功功率和視在功率；應(yīng)能顯示三相總有功功率、總無功功率、總視在功率和總功率因素；應(yīng)能提供有功負荷曲線，包括日有功負荷曲線（折線型）和年有功負荷曲線（折線型）；
5）電壓暫態(tài)監(jiān)測：在電能質(zhì)量暫態(tài)事件如電壓暫升、電壓暫降、短時中斷發(fā)生時，系統(tǒng)應(yīng)能產(chǎn)生告警，事件能以彈窗、閃爍、聲音、短信、電話等形式通知相關(guān)人員；系統(tǒng)應(yīng)能查看相應(yīng)暫態(tài)事件發(fā)生前后的波形。
6）電能質(zhì)量數(shù)據(jù)統(tǒng)計：系統(tǒng)應(yīng)能顯示1min統(tǒng)計整2h存儲的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，包括均值、較大值、較小值、95%概率值、方均根值。
7）事件記錄查看功能：事件記錄應(yīng)包含事件名稱、狀態(tài)（動作或返回）、波形號、越限值、故障持續(xù)時間、事件發(fā)生的時間。
圖21微電網(wǎng)系統(tǒng)電能質(zhì)量界面
應(yīng)可以對整個微電網(wǎng)系統(tǒng)范圍內(nèi)的設(shè)備進行遠程遙控操作。系統(tǒng)維護人員可以通過管理系統(tǒng)的主界面完成遙控操作，并遵循遙控預(yù)置、遙控返校、遙控執(zhí)行的操作順序，可以及時執(zhí)行調(diào)度系統(tǒng)或站內(nèi)相應(yīng)的操作命令。
圖22遙控功能
應(yīng)可在曲線查詢界面，可以直接查看各電參量曲線，包括三相電流、三相電壓、有功功率、無功功率、功率因數(shù)、SOC、SOH、充放電量變化等曲線。
圖23曲線查詢
具備定時抄表匯總統(tǒng)計功能，用戶可以自由查詢自系統(tǒng)正常運行以來任意時間段內(nèi)各配電節(jié)點的用電情況，即該節(jié)點進線用電量與各分支回路消耗電量的統(tǒng)計分析報表。對微電網(wǎng)與外部系統(tǒng)間電能量交換進行統(tǒng)計分析；對系統(tǒng)運行的節(jié)能、收益等分析；具備對微電網(wǎng)供電可靠性分析，包括年停電時間、年停電次數(shù)等分析；具備對并網(wǎng)型微電網(wǎng)的并網(wǎng)點進行電能質(zhì)量分析。
圖24統(tǒng)計報表
系統(tǒng)支持實時監(jiān)視接入系統(tǒng)的各設(shè)備的通信狀態(tài)，能夠完整的顯示整個系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)；可在線診斷設(shè)備通信狀態(tài)，發(fā)生網(wǎng)絡(luò)異常時能自動在界面上顯示故障設(shè)備或元件及其故障部位。
圖25微電網(wǎng)系統(tǒng)拓撲界面
本界面主要展示微電網(wǎng)系統(tǒng)拓撲，包括系統(tǒng)的組成內(nèi)容、電網(wǎng)連接方式、斷路器、表計等信息。
可以對整個微電網(wǎng)系統(tǒng)范圍內(nèi)的設(shè)備通信情況進行管理、控制、數(shù)據(jù)的實時監(jiān)測。系統(tǒng)維護人員可以通過管理系統(tǒng)的主程序右鍵打開通信管理程序，然后選擇通信控制啟動所有端口或某個端口，快速查看某設(shè)備的通信和數(shù)據(jù)情況。通信應(yīng)支持ModbusRTU、ModbusTCP、CDT、IEC60870-5-101、IEC60870-5-103、IEC60870-5-104、MQTT等通信規(guī)約。
圖26通信管理
應(yīng)具備設(shè)置用戶權(quán)限管理功能。通過用戶權(quán)限管理能夠防止未經(jīng)授權(quán)的操作（如遙控操作，運行參數(shù)修改等）。可以定義不同級別用戶的登錄名、密碼及操作權(quán)限，為系統(tǒng)運行、維護、管理提供可靠的安全保障。
圖27用戶權(quán)限
應(yīng)可以在系統(tǒng)發(fā)生故障時，自動準(zhǔn)確地記錄故障前、后過程的各相關(guān)電氣量的變化情況，通過對這些電氣量的分析、比較，對分析處理事故、判斷保護是否正確動作、提高電力系統(tǒng)安全運行水平有著重要作用。其中故障錄波共可記錄16條，每條錄波可觸發(fā)6段錄波，每次錄波可記錄故障前8個周波、故障后4個周波波形，總錄波時間共計46s。每個采樣點錄波至少包含12個模擬量、10個開關(guān)量波形。
圖28故障錄波
可以自動記錄事故時刻前后一段時間的所有實時掃描數(shù)據(jù)，包括開關(guān)位置、保護動作狀態(tài)、遙測量等，形成事故分析的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。
用戶可自定義事故追憶的啟動事件，當(dāng)每個事件發(fā)生時，存儲事故10個掃描周期及事故后10個掃描周期的有關(guān)點數(shù)據(jù)。啟動事件和監(jiān)視的數(shù)據(jù)點可由用戶指*和隨意修改。
圖29事故追憶
序號 | 設(shè)備 | 型號 | 圖片 | 說明 |
1 | 能量管理系統(tǒng) | Acrel-2000MG |
| 內(nèi)部設(shè)備的數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控，由通信管理機、工業(yè)平板電腦、串口服務(wù)器、遙信模塊及相關(guān)通信輔件組成。 數(shù)據(jù)采集、上傳及轉(zhuǎn)發(fā)至服務(wù)器及協(xié)同控制裝置 策略控制:計劃曲線、需量控制、削峰填谷、備用電源等 |
2 | 顯示器 | 25.1英寸液晶顯示器 |
| 系統(tǒng)軟件顯示載體 |
3 | UPS電源 | UPS2000-A-2-KTTS |
| 為監(jiān)控主機提供后備電源 |
4 | 打印機 | HP108AA4 |
| 用以打印操作記錄，參數(shù)修改記錄、參數(shù)越限、復(fù)限，系統(tǒng)事故，設(shè)備故障，保護運行等記錄，以召喚打印為主要方式 |
5 | 音箱 | R19U |
| 播放報警事件信息 |
6 | 工業(yè)網(wǎng)絡(luò)交換機 | D-LINKDES-1016A16 |
| 提供16口百兆工業(yè)網(wǎng)絡(luò)交換機解決了通信實時性、網(wǎng)絡(luò)安全性、本質(zhì)安全與安全防爆技術(shù)等技術(shù)問題 |
7 | GPS時鐘 | ATS1200GB |
| 利用gps同步衛(wèi)星信號，接收1pps和串口時間信息，將本地的時鐘和gps衛(wèi)星上面的時間進行同步 |
8 | 交流計量電表 | AMC96L-E4/KC |
| 電力參數(shù)測量(如單相或者三相的電流、電壓、有功功率、無功功率、視在功率,頻率、功率因數(shù)等)、復(fù)費率電能計量、 四象限電能計量、諧波分析以及電能監(jiān)測和考核管理。多種外圍接口功能:帶有RS485/MODBUS-RTU協(xié)議:帶開關(guān)量輸入和繼電器輸出可實現(xiàn)斷路器開關(guān)的"遜信“和“遙控"的功能 |
9 | 直流計量電表 | PZ96L-DE |
| 可測量直流系統(tǒng)中的電壓、電流、功率、正向與反向電能。可帶RS485通訊接口、模擬量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、開關(guān)量輸入/輸出等功能 |
10 | 電能質(zhì)量監(jiān)測 | APView500 |
| 實時監(jiān)測電壓偏差、頻率俯差、三相電壓不平衡、電壓波動和閃變、諾波等電能質(zhì)量，記錄各類電能質(zhì)量事件,定位擾動源。 |
11 | 防孤島裝置 | AM5SE-IS |
| 防孤島保護裝置，當(dāng)外部電網(wǎng)停電后斷開和電網(wǎng)連接 |
12 | 箱變測控裝置 | AM6-PWC |
| 置針對光伏、風(fēng)能、儲能升壓變不同要求研發(fā)的集保護，測控，通訊一體化裝置，具備保護、通信管理機功能、環(huán)網(wǎng)交換機功能的測控裝置 |
13 | 通信管理機 | ANet-2E851 |
| 能夠根據(jù)不同的采集規(guī)的進行水表、氣表、電表、微機保護等設(shè)備終端的數(shù)據(jù)果集匯總: 提供規(guī)約轉(zhuǎn)換、透明轉(zhuǎn)發(fā)、數(shù)據(jù)加密壓縮、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、邊緣計算等多項功能:實時多任務(wù)并行處理數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)，可多鏈路上送平臺據(jù): |
14 | 串口服務(wù)器 | Aport |
| 功能:轉(zhuǎn)換“輔助系統(tǒng)"的狀態(tài)數(shù)據(jù)，反饋到能量管理系統(tǒng)中。 1)空調(diào)的開關(guān)，調(diào)溫，及斷電(二次開關(guān)實現(xiàn)) 2)上傳配電柜各個空開信號 3)上傳UPS內(nèi)部電量信息等 4)接入電表、BSMU等設(shè)備 |
15 | 遙信模塊 | ARTU-K16 |
| 1)反饋各個設(shè)備狀態(tài)，將相關(guān)數(shù)據(jù)到串口服務(wù)器: 讀消防VO信號，并轉(zhuǎn)發(fā)給到上層(關(guān)機、事件上報等) 2)采集水浸傳感器信息，并轉(zhuǎn)發(fā)3)給到上層(水浸信號事件上報) 4)讀取門禁程傳感器信息，并轉(zhuǎn)發(fā) |
5總結(jié)
微電網(wǎng)是近幾年發(fā)展起來的一種電網(wǎng)組成形式，具有規(guī)模小、靈活性強、安全可靠性高等特點，同時微電網(wǎng)的出現(xiàn)又為綠色能源的利用創(chuàng)造了有利的條件，因此，成為人們關(guān)注的熱點。
本設(shè)計從微電網(wǎng)運行模式出發(fā)，研究了微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)的功能、控制策略、通信方式等問題，確定了以CAN總線結(jié)構(gòu)為主的對等性控制方式，而在控制策略上采用Droop控制法對每一個DG進行有效地控制，確保了整個微電網(wǎng)系統(tǒng)在兩種模式下均能夠安全、穩(wěn)定地運行。
參考文獻
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